間歇曝氣SBBR 處理苯胺廢水及脫氮的工藝優(yōu)化研究

廖曉數(shù)，羅太忠，仇 玥，蘇君豪，魏 華，張 倩

（1.武漢市漢陽(yáng)市政建設(shè)集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430000；2.武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北武漢 430070）

苯胺廣泛應(yīng)用于紡織、醫(yī)藥、橡膠和農(nóng)藥等工業(yè)領(lǐng)域，苯胺廢水也通常來(lái)源于此類(lèi)工業(yè)廢水的排放〔1〕。苯胺能在水環(huán)境中長(zhǎng)期存在和累積〔2〕，它通過(guò)與皮膚接觸或進(jìn)入呼吸道的方式進(jìn)入人體并損害重要器官〔3〕，對(duì)人體和環(huán)境的危害巨大。我國(guó)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）中規(guī)定苯胺的排放限值為1.0 mg/L。因此，開(kāi)展對(duì)苯胺類(lèi)廢水防治處理的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

現(xiàn)有處理大規(guī)模苯胺廢水的方法中，生物法相比于物理法和化學(xué)法有著無(wú)二次污染、低能耗和經(jīng)濟(jì)成本低等難以超越的優(yōu)勢(shì)。由于苯胺降解過(guò)程中會(huì)釋放氨氮，因此苯胺廢水的處理實(shí)際上是苯胺降解和脫氮的連續(xù)過(guò)程。但常規(guī)的AO、AAO 等序批式反應(yīng)器中的曝氣模式難以實(shí)現(xiàn)在處理高濃度苯胺廢水的同時(shí)還達(dá)到高效脫氮的目的〔4-5〕。間歇曝氣作為一種曝氣新策略，它通過(guò)控制啟停曝氣系統(tǒng)來(lái)控制污水中富氧和缺氧狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)硝化與反硝化的交替運(yùn)行，從而達(dá)到反應(yīng)器的高效脫氮。馮繼貴等〔6〕發(fā)現(xiàn)在交替好氧/缺氧時(shí)間為1 h/1 h，進(jìn)水氨氮280 mg/L的條件下，氮去除負(fù)荷達(dá)到0.470 kg/（m3·d）。此外，SBBR 作為活性污泥法和生物膜法的結(jié)合工藝，同時(shí)具有兩者的優(yōu)點(diǎn)，更容易在反應(yīng)器內(nèi)同時(shí)形成厭氧和好氧的生態(tài)環(huán)境以強(qiáng)化脫氮。曹珊等〔7〕發(fā)現(xiàn)在處理總氮為40 mg/L 的生活廢水時(shí)，SBBR 出水能達(dá)到70%的總氮去除率，比傳統(tǒng)SBR 高10%左右。

目前的研究普遍專(zhuān)注于苯胺廢水中苯胺的有效降解，然而對(duì)降解苯胺時(shí)釋放的氨氮的去除研究卻鮮有報(bào)道〔8-9〕?；诖?，本研究在實(shí)驗(yàn)室條件下采用SBBR 反應(yīng)器探究了苯胺降解及同步脫氮過(guò)程，并對(duì)間歇曝氣模式下SBBR 的曝氣模式改良作出探討，以期為該工藝的實(shí)際應(yīng)用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 接種污泥和試驗(yàn)用水

試驗(yàn)所用的活性污泥取自武漢某污水廠A2/O工藝中的曝氣池。取回的一部分污泥悶曝24 h恢復(fù)活性后，將質(zhì)量濃度調(diào)節(jié)至3 000 mg/L 左右并投入反應(yīng)器中用于試驗(yàn)。試驗(yàn)廢水為人工模擬的苯胺廢水，并添加1 mL/L微量元素。模擬人工廢水具體成分如下：苯胺，600 mg/L；NaH2PO4，0.26 mg/L；Na2HPO4，1.007 9 mg/L；MgSO4，0.204 6 mg/L；KCl，0.2 mg/L；Fe（NO3）3，0.013 4 mg/L。微量元素具體成分如下：H3BO3，0.1 mg/L；CuSO4·5H2O，0.1 mg/L；MnCl2·4H2O，0.5 mg/L；Na2MoO4·2H2O，0.2 mg/L；ZnCl2，0.3 mg/L；CoCl2·6H2O，0.15 mg/L；EDTA，0.05 mg/L。

1.2 試驗(yàn)方案

逐步升高進(jìn)水苯胺濃度的方法分3 階段啟動(dòng)SBR 反應(yīng)器。首先進(jìn)水苯胺質(zhì)量濃度為200 mg/L，在檢測(cè)到污泥的苯胺降解以及脫氮效果良好并穩(wěn)定運(yùn)行一周后，將進(jìn)水苯胺質(zhì)量濃度提高至400 mg/L，重復(fù)以上步驟，直至其質(zhì)量濃度提升至600 mg/L后，系統(tǒng)能保持穩(wěn)定的苯胺降解以及脫氮效果并產(chǎn)生穩(wěn)定的菌膠團(tuán)結(jié)構(gòu)，即為SBR 完成啟動(dòng)。

填料作為微生物附著的載體，是SBBR 工藝中的重要組成部分。本次試驗(yàn)生物載體采用K1 型聚乙烯填料。該填料有比表面積大、易生物附著、不易降解和流化效果優(yōu)等特點(diǎn)，如圖1（a）所示，其為空心圓結(jié)構(gòu)，圓內(nèi)為十字交叉結(jié)構(gòu)，填料內(nèi)層生物膜受水流沖刷程度較外層小，使內(nèi)層更易形成生物膜厭氧區(qū)，以強(qiáng)化反硝化效果。將K1 型聚乙烯填料投入上述穩(wěn)定運(yùn)行的SBR 反應(yīng)器中，填料的體積填充比為20%。反應(yīng)器的具體構(gòu)造如圖1（b）所示。當(dāng)觀察到反應(yīng)器內(nèi)的填料中附著上一層黃色薄膜后，說(shuō)明系統(tǒng)在高質(zhì)量濃度苯胺廢水（600 mg/L）中實(shí)現(xiàn)掛膜，SBBR 反應(yīng)器完成啟動(dòng)。

圖1 所用填料結(jié)構(gòu)和SBBR 裝置結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Structure of the carriers and schematic diagram of SBBR reactor

設(shè)定SBBR 反應(yīng)器的運(yùn)行周期為12 h，在完成啟動(dòng)并掛膜后，運(yùn)行模式見(jiàn)圖2。

圖2 SBBR 的運(yùn)行周期工況Fig.2 Operation conditions of SBBR in a cycle

反應(yīng)器總共運(yùn)行了20 d，如圖2 所示，每個(gè)運(yùn)行周期包括進(jìn)水5 min，間歇曝氣（交替好氧/缺氧時(shí)間為1 h/1 h）11 h，沉淀50 min，排水5 min。該反應(yīng)器的有效工作容積為1 L，高徑比為17 cm∶10 cm，換水比為50%。以下將間歇曝氣中曝氣的時(shí)間段稱(chēng)為好氧段，將停曝的時(shí)間段稱(chēng)為缺氧段，其中好氧段曝氣量為600 mL/min。整個(gè)試驗(yàn)期間系統(tǒng)實(shí)際水溫在25 ℃左右。

1.3 分析項(xiàng)目及方法

研究所采用的常規(guī)測(cè)試指標(biāo)分析方法參考《水與廢水監(jiān)測(cè)分析方法》（第4 版），具體測(cè)試指標(biāo)及方法見(jiàn)表1。

表1 常規(guī)測(cè)試指標(biāo)、方法及主要儀器設(shè)備Table 1 Regular test indexes，methods and main instruments and equipment

2 結(jié)果與討論

2.1 間歇曝氣模式下的污染物去除

當(dāng)SBBR 間歇曝氣系統(tǒng)中成功掛膜，并能實(shí)現(xiàn)將近100%的苯胺降解率時(shí)，視為該SBBR 反應(yīng)器啟動(dòng)成功。SBBR 反應(yīng)器啟動(dòng)成功后穩(wěn)定期的出水水質(zhì)見(jiàn)圖3。

圖3（a）顯示了SBBR 間歇曝氣系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)對(duì)苯胺的去除性能。在20 d 的運(yùn)行時(shí)間里，在苯胺進(jìn)水質(zhì)量濃度持續(xù)在600～640 mg/L 的情況下，反應(yīng)器在運(yùn)行的每個(gè)周期苯胺降解率都達(dá)到近100%，說(shuō)明在SBBR 反應(yīng)器中使用間歇曝氣法來(lái)處理苯胺廢水是可行的。

圖3 SBBR 反應(yīng)器污染物去除效果Fig.3 Pollutant removal effect in SBBR

圖3（b）顯示了SBBR 間歇曝氣系統(tǒng)對(duì)氮的去除性能。如圖3（b）所示，系統(tǒng)內(nèi)出水總氮先逐漸從16 mg/L 升至20 mg/L 又降回16 mg/L 左右，這表明，該系統(tǒng)在新的間歇曝氣工況的沖擊下，其出水的脫氮效果產(chǎn)生了輕微波動(dòng)后逐漸恢復(fù)。另外，出水硝氮從6 mg/L 逐漸上升至10 mg/L 左右，出水氨氮?jiǎng)t由最初的8.9 mg/L 逐漸降至5 mg/L 左右，而出水亞硝氮一直低于1 mg/L，由此可以看出，隨著系統(tǒng)適應(yīng)該運(yùn)行模式后，硝化效率逐漸提高。鑒于Qian ZHANG等〔10〕之前的研究，在一個(gè)周期內(nèi)使用SBR 反應(yīng)器，同樣設(shè)置總曝氣時(shí)長(zhǎng)為6 h，但僅能去除600 mg/L 苯胺降解所釋放氨氮總量的78%，相比之下，本研究中的間歇曝氣模式在一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)有更好的硝化效果和脫氮效果，氨氮和總氮去除率能分別維持在89%和60%左右。通過(guò)比較，該SBBR 間歇曝氣反應(yīng)器的出水水質(zhì)優(yōu)于處理同等苯胺濃度廢水的其他工藝，尤其是在脫氮方面，SBBR 出水氨氮大大低于Yao LI 等〔11〕和Wenli ZHANG 等〔12〕的SBR 工藝，這有可能是由于SBBR 中附著在填料上的生物膜能為硝化細(xì)菌提供較為穩(wěn)定的生長(zhǎng)條件，使其富集并達(dá)到強(qiáng)化反應(yīng)器氨氮降解的目的〔13〕?？偟膩?lái)說(shuō)，間歇曝氣模式下，SBBR 反應(yīng)器對(duì)于高濃度廢水有著較強(qiáng)的硝化性能。

2.2 典型周期內(nèi)污染物的去除規(guī)律

為了進(jìn)一步掌握SBBR 反應(yīng)器間歇曝氣模式下污染物的去除和轉(zhuǎn)化過(guò)程，在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)期定時(shí)取樣，測(cè)定了一個(gè)周期內(nèi)苯胺、COD、氨氮、硝氮、亞硝氮和總氮的濃度變化，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 SBBR 反應(yīng)器典型周期內(nèi)污染物濃度變化情況Fig.4 The change of pollutant concentration in SBBR during the typical cycle

如圖4（a）所示，在曝氣的1 h內(nèi)，苯胺被微生物迅速地降解，其質(zhì)量濃度由264 mg/L 降低至48 mg/L，然而當(dāng)進(jìn)入缺氧段后，系統(tǒng)幾乎失去了對(duì)苯胺的降解能力，苯胺質(zhì)量濃度由48 mg/L 僅降低到31 mg/L，系統(tǒng)內(nèi)剩余的苯胺則在第3 個(gè)小時(shí)的曝氣段內(nèi)被降解完全。這一方面體現(xiàn)了SBBR 系統(tǒng)針對(duì)苯胺廢水降解的高效性，另一方面也說(shuō)明了系統(tǒng)中發(fā)揮苯胺降解功能的主要是好氧菌。在此期間，可以看到COD也隨著苯胺的降解而迅速下降。說(shuō)明苯胺作為唯一碳源在好氧段高速被降解的同時(shí)，釋放的中間產(chǎn)物也被好氧菌快速分解利用。

圖4（b）為SBBR 反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)一個(gè)典型周期內(nèi)體系氮素變化情況?？梢钥闯?，隨著反應(yīng)在第1 小時(shí)內(nèi)苯胺的快速降解，氨氮被大量釋放出來(lái)。反應(yīng)器內(nèi)的氨氮上升了25.81 mg/L，并在第2 小時(shí)至第4 小時(shí)一直保持在30 mg/L 左右，說(shuō)明受到苯胺毒性的影響，反應(yīng)器內(nèi)的硝化反應(yīng)在前4 h 都被抑制了。換言之，苯胺降解的過(guò)程中受到苯胺毒性的抑制，相當(dāng)一部分屬于硝化反應(yīng)的時(shí)間被擠占了。在反應(yīng)的第5 小時(shí)至第11 小時(shí)的每個(gè)好氧段內(nèi)，均有5～7 mg/L 的氨氮被降解，表明在反應(yīng)器中產(chǎn)生氨氧化作用的主要是自養(yǎng)的硝化細(xì)菌，隨著苯胺幾乎被完全降解后，恢復(fù)活性的硝化功能菌群在每個(gè)好氧段均表現(xiàn)出較高的氨氧化能力。在周期結(jié)束出水時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)仍殘余5.1 mg/L 的氨氮，說(shuō)明受限于較晚的硝化反應(yīng)起始時(shí)間，系統(tǒng)不能在一個(gè)周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)完全氨氧化。

在周期運(yùn)行的第1 個(gè)小時(shí)內(nèi)，在好氧段中出現(xiàn)硝氮降低了約5 mg/L 的現(xiàn)象。這有可能是因?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)部苯胺的高速降解會(huì)消耗大量溶解氧從而形成了缺氧環(huán)境，此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)又富含有機(jī)碳源物質(zhì)，激發(fā)了微生物的反硝化活性。在運(yùn)行3 h 后，硝氮明顯保持著在好氧段上升3～7 mg/L、缺氧段下降2～5.5 mg/L 的趨勢(shì)，該升降的趨勢(shì)也契合了同時(shí)期系統(tǒng)里氨氮的變化特點(diǎn)?？梢园l(fā)現(xiàn)，將間歇曝氣法引入苯胺降解系統(tǒng)里，可以很好地激發(fā)出系統(tǒng)在好氧段內(nèi)主要進(jìn)行硝化反應(yīng)脫除氨氮，在缺氧段內(nèi)主要進(jìn)行反硝化反應(yīng)脫除硝氮的特點(diǎn)。系統(tǒng)中亞硝氮也隨著硝化、反硝化反應(yīng)的進(jìn)行而分別有交替著升高、降低的趨勢(shì)，其質(zhì)量濃度交替變化產(chǎn)生波動(dòng)幅度在0.4～1 mg/L 之間。

圖4（b）中總氮變化規(guī)律也大致符合上述特點(diǎn)，即總氮在缺氧段的濃度下降幅度比好氧段更大。值得注意的是，在第1 小時(shí)內(nèi)，隨著苯胺的快速降解，一些結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單碳源被釋放到水中，同時(shí)來(lái)自上一周期的硝態(tài)氮也存在于系統(tǒng)中，被生物膜中厭氧區(qū)的反硝化功能細(xì)菌吸收利用，這有可能是該好氧段中總氮出現(xiàn)下降的原因之一。同樣，在第7 小時(shí)的好氧段實(shí)現(xiàn)了10%的總氮去除，這有可能是系統(tǒng)中的反硝化功能菌群利用儲(chǔ)存于體內(nèi)的內(nèi)碳源，結(jié)合水中硝化菌群釋放的硝態(tài)氮進(jìn)行反硝化反應(yīng)，使總氮下降?？梢园l(fā)現(xiàn)，總氮下降趨勢(shì)也大致呈現(xiàn)著慢、快、慢的規(guī)律，表明該系統(tǒng)先是受到苯胺的抑制導(dǎo)致其脫氮效率較低，系統(tǒng)硝化反應(yīng)起始時(shí)間延后，在苯胺幾乎完全降解后，系統(tǒng)恢復(fù)到適宜脫氮的環(huán)境條件，使硝化和反硝化反應(yīng)交替著高效進(jìn)行，在周期末段，由于碳源不足，反硝化細(xì)菌的還原能力受到抑制，導(dǎo)致總氮下降幅度變小。在周期結(jié)束系統(tǒng)出水時(shí)，總氮的去除率為66.5%。

觀察該系統(tǒng)的脫氮特點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)，由于苯胺毒性的抑制，導(dǎo)致系統(tǒng)硝化反應(yīng)起始時(shí)間延后，這一現(xiàn)象進(jìn)一步影響到了系統(tǒng)的脫氮效率。晉玉亮等〔14〕在研究中也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)中的苯胺質(zhì)量濃度超過(guò)3 mg/L 時(shí)，就會(huì)對(duì)污泥的硝化能力產(chǎn)生嚴(yán)重抑制，S.H. GHEEWALA 等〔15〕也發(fā)現(xiàn)了苯胺的存在會(huì)嚴(yán)重抑制體系內(nèi)硝化細(xì)菌活性。這也暗示了在設(shè)法提前硝化反應(yīng)起始時(shí)間這一落腳點(diǎn)上，對(duì)該SBBR 間歇曝氣系統(tǒng)的現(xiàn)有工況進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化調(diào)整，有可能使該系統(tǒng)的苯胺降解以及同步脫氮效率得到進(jìn)一步提高。

2.3 間歇曝氣模式優(yōu)化研究

由圖4（b）可以發(fā)現(xiàn)，在典型周期的4 h 后，每個(gè)好氧段和缺氧段都分別保持著較為穩(wěn)定的氨氮和硝氮去除率，這說(shuō)明系統(tǒng)的脫氮率受限于反應(yīng)時(shí)間。然而，由于苯胺對(duì)硝化細(xì)菌的毒性使得系統(tǒng)內(nèi)的硝化反應(yīng)必然發(fā)生滯后，與此同時(shí)，反硝化反應(yīng)的進(jìn)程又受限于硝化反應(yīng)。Haojin PENG 等〔16〕也在研究中發(fā)現(xiàn)，在不同工況下的苯胺降解過(guò)程中，硝化反應(yīng)均出現(xiàn)在苯胺完成降解后。苯胺對(duì)硝化細(xì)菌的抑制會(huì)直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的脫氮效果〔17〕，另外，降解苯胺的功能微生物和硝化細(xì)菌之間還存在對(duì)溶解氧的激烈競(jìng)爭(zhēng)〔18〕，因此，如果能在一個(gè)周期內(nèi)加快系統(tǒng)完成苯胺降解任務(wù)的速度，那么就能相應(yīng)地延長(zhǎng)硝化和反硝化的時(shí)間，從而提高系統(tǒng)的脫氮性能。如圖4 所示，在該間歇曝氣模式下，苯胺需要3 h 的反應(yīng)時(shí)間才能完成降解，但系統(tǒng)在1 h 后已經(jīng)達(dá)到高達(dá)82%的苯胺降解率，由此可知，如果將第2 小時(shí)的缺氧段變更為好氧段，約18%的剩余苯胺很可能在2 h 前就能降解完成。因此，采取在原有的間歇曝氣模式上將第一個(gè)曝氣段延長(zhǎng)至2 h，其他條件均保持不變的措施，以嘗試優(yōu)化SBBR 系統(tǒng)的苯胺降解及同步脫氮性能。

綜上所述，將原SBBR 的間歇曝氣運(yùn)行模式如圖5 所示進(jìn)行改良，采取在原有的間歇曝氣模式上將第1 個(gè)曝氣階段延長(zhǎng)至2 h，其他條件均保持不變的措施，并將原SBBR 稱(chēng)為S1，優(yōu)化后的反應(yīng)器稱(chēng)為S2。在S1 運(yùn)行20 d 后，開(kāi)啟模式的切換，同時(shí)反應(yīng)器運(yùn)行過(guò)程中的其他條件均保持不變。

2.4 改良間歇曝氣模式下污染物去除情況

改良間歇曝氣模式下污染物去除情況見(jiàn)圖6。

S2 間歇曝氣系統(tǒng)對(duì)苯胺的去除性能如圖6（a）所示，在S2 運(yùn)行的第1 天，雖然間歇曝氣模式剛剛從S1 中轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)使其受到曝氣總量突變的沖擊，但S2在運(yùn)行的每個(gè)周期都可以實(shí)現(xiàn)苯胺100%的降解率。雖然由于2 個(gè)階段不同的曝氣方式導(dǎo)致的周期內(nèi)總曝氣量有所不同，但是它們的降解苯胺性能并無(wú)明顯區(qū)別，這體現(xiàn)了間歇曝氣模式在苯胺廢水領(lǐng)域運(yùn)用的靈活性。

圖6（b）顯示了S2 對(duì)氮素的去除性能。在18 d的運(yùn)行時(shí)間里，S2 在硝化性能上比S1 有顯著的提升。S2 在運(yùn)行的前5 天，出水氨氮逐漸從4.98 mg/L開(kāi)始下降，并在第6 天開(kāi)始一直保持在0.5 mg/L 以下，去除率提高了11%。出水硝氮在前3 天與S1 相近，約10～11 mg/L，但 從 第9 天 開(kāi) 始 便 升 至11～13 mg/L。出水硝氮上升的原因在于硝化效果有所增強(qiáng)，但系統(tǒng)內(nèi)的碳源底物又相對(duì)不足，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生了更多硝氮底物卻沒(méi)有被充足的反硝化反應(yīng)去除。S2 的出水亞硝氮和S1 相近，也是持續(xù)低于1 mg/L。出水總氮的變化也是和硝氮變化一樣稍顯滯后，S2 模式的前3 天，出水總氮仍在15 mg/L 以上，但進(jìn)入第4 天后就基本保持在15 mg/L 以下?？梢钥闯觯赟2 穩(wěn)定運(yùn)行后，雖然系統(tǒng)的反硝化能力可能受到碳源、反應(yīng)時(shí)間的限制，但其整體的脫氮能力呈現(xiàn)出明顯的提高。相比于S1，S2 的總氮去除率能有效提升至70%以上，出水總氮保持在15 mg/L 以下，滿足我國(guó)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）中規(guī)定的排放限值。

2.5 改良間歇曝氣模式下典型周期內(nèi)污染物去除規(guī)律

為進(jìn)一步探究S2 強(qiáng)化系統(tǒng)的苯胺降解以及同步脫氮效果的原因，試驗(yàn)觀察了在S2 反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定后的典型周期內(nèi)污染物降解情況，結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖7 S2 反應(yīng)器典型周期內(nèi)污染物濃度變化情況Fig.7 The change of pollutant concentration in S2 during the typical cycle

如圖7（a）所示，S2 在第1 小時(shí)的好氧段內(nèi)就達(dá)到了79.2%的苯胺降解率，并在隨后的第2 小時(shí)內(nèi)將剩余的50.7 mg/L 的苯胺幾乎降解完全。與此同時(shí)，COD 也隨著苯胺的降解而快速被去除，說(shuō)明通過(guò)延長(zhǎng)第1 個(gè)好氧段所產(chǎn)生的充足溶解氧大大促進(jìn)了苯胺和COD 的降解速度，也達(dá)到了該系統(tǒng)所預(yù)期的間歇曝氣模式的優(yōu)化效果。

圖7（b）為S2 在穩(wěn)定運(yùn)行后的典型周期體系內(nèi)氮素變化情況。S2 采用不同曝氣模式產(chǎn)生了與S1不同的氮素降解情況，系統(tǒng)中的氨氮先是在第1 小時(shí)從1.7 mg/L 快速升高并保持在25.5 mg/L，直至反應(yīng)3 h 后呈現(xiàn)出在每個(gè)好氧段濃度下降的規(guī)律?？梢园l(fā)現(xiàn)，S2 的氨氮降解趨勢(shì)與S1 較為相似，但有2個(gè)重要的不同點(diǎn)：首先，S2 的氨氧化起始時(shí)間在第3小時(shí)，比S1 早了1 h，說(shuō)明通過(guò)采取加快系統(tǒng)完成苯胺降解任務(wù)的措施，確實(shí)可以有效提前硝化反應(yīng)的起始時(shí)間；再者，硝化反應(yīng)提前開(kāi)始帶來(lái)更充足的硝化反應(yīng)時(shí)間，使S2 在第10 小時(shí)體系內(nèi)剩余的氨氮幾乎被降解完全，而同時(shí)期的S1 體系內(nèi)仍殘余10 mg/L 氨氮。

S2 體系中的硝氮大致保持著在好氧段上升，在缺氧段下降的交替升降規(guī)律。在前5 小時(shí)，其質(zhì)量濃度在1.4～5.4 mg/L 之間波動(dòng)，5 h 后，其波動(dòng)幅度增大，出現(xiàn)在好氧段中硝氮大量累積的現(xiàn)象，并在反應(yīng)的第8 小時(shí)末一度累積達(dá)到15.7 mg/L。這可能是在硝化反應(yīng)正常進(jìn)行的情況下，由于碳源不足導(dǎo)致反硝化菌的還原能力受到抑制，使硝氮在系統(tǒng)中開(kāi)始大量累積。盡管在第10 小時(shí)末，通過(guò)反硝化作用，體系內(nèi)的硝氮重新降至10.3 mg/L，但最終出水的硝氮仍有10.6 mg/L 的殘余。

在該典型周期內(nèi)，體系中的亞硝氮的變化趨勢(shì)與S1 一致，即隨著硝化、反硝化反應(yīng)的進(jìn)行而分別有交替著升高、降低的趨勢(shì)，其質(zhì)量濃度交替變化產(chǎn)生的波動(dòng)幅度在0.1～1.5 mg/L。總氮的變化則大體上呈現(xiàn)出先快后慢、逐步下降的趨勢(shì)，這一現(xiàn)象也契合了該改良間歇曝氣模式下，受限于碳源不足，硝化反應(yīng)后程乏力的特點(diǎn)。S2 出水總氮僅為12.6 mg/L，其相應(yīng)的總氮去除率高達(dá)75.8%，比S1 高9.3%，也可以看出在周期運(yùn)行10 h 后，S2 系統(tǒng)已臨近其脫氮性能的極限，提前達(dá)到在該間歇曝氣模式下能實(shí)現(xiàn)的最好的脫氮效果。S2 最終的出水水質(zhì)也表明了通過(guò)間歇曝氣模式的改良，有效地提高了系統(tǒng)降解苯胺及脫氮的效率。

由前面的分析可以得知，使用間歇曝氣處理苯胺廢水時(shí)，在前期過(guò)快地進(jìn)入缺氧段不但不會(huì)對(duì)苯胺降解產(chǎn)生有利影響，反而會(huì)延緩苯胺的降解，并進(jìn)一步延緩氨氮的起始降解時(shí)間。另一方面，硝化反應(yīng)被延緩會(huì)導(dǎo)致體系內(nèi)硝氮底物含量低，進(jìn)而影響系統(tǒng)在后續(xù)缺氧段的反硝化效率。因此，間歇曝氣法處理苯胺廢水的技術(shù)關(guān)鍵在于，在間歇曝氣反應(yīng)器周期開(kāi)始的初期，提供足量的曝氣時(shí)長(zhǎng)以降解苯胺，使硝化的起始時(shí)間前移，產(chǎn)生充足的硝氮底物，以此進(jìn)一步提高反硝化反應(yīng)的速率，從而在整體上提高系統(tǒng)降解苯胺并同步脫氮的能力。

綜上，間歇曝氣模式從S1 改良為S2 之后，不僅有效地提高了周期中后段的總體脫氮效率，還使該改良間歇曝氣模式反應(yīng)器提前達(dá)到其脫氮極限，在有效地增強(qiáng)了脫氮效果的同時(shí)縮短了反應(yīng)所需時(shí)間。

3 結(jié)論

（1）在20 d 的運(yùn)行時(shí)間里，使用SBBR 反應(yīng)器并持續(xù)進(jìn)行交替好氧/缺氧時(shí)間為1 h/1 h 的間歇曝氣模式處理600 mg/L 的苯胺廢水，在每個(gè)時(shí)長(zhǎng)為12 h的運(yùn)行周期都可以實(shí)現(xiàn)苯胺完全降解并達(dá)到66.5%左右的總氮去除率。

（2）間歇曝氣法是一種高效脫氮技術(shù)，但將其直接套用在苯胺廢水的處理上很難實(shí)現(xiàn)較高的脫氮效率。不同于常規(guī)城鎮(zhèn)污水在脫氮時(shí)需要好氧和缺氧交替出現(xiàn)，苯胺作為難降解有機(jī)物需要在持續(xù)好氧狀態(tài)下才能快速降解。

（3）通過(guò)改良間歇曝氣模式，在先前的間歇曝氣模式的基礎(chǔ)上，將第1 個(gè)好氧段延長(zhǎng)至2 h，其余條件不變，有效地提高了系統(tǒng)的苯胺降解以及同步脫氮效率。周期運(yùn)行10 h 后幾乎實(shí)現(xiàn)苯胺完全降解和完全硝化，相應(yīng)的總氮去除率高達(dá)75.8%，脫氮效率較未改良前有較大的提升。